Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики Том 3. Электричество" -> 189

Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики Том 3. Электричество — М.: Наука , 1996. — 704 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykursfizikit31996.pdf
Предыдущая << 1 .. 183 184 185 186 187 188 < 189 > 190 191 192 193 194 195 .. 280 >> Следующая

§ 100]
МЕТАЛЛЫ И ПОЛУПРОВОДНИКИ
457
Конечно, истинными носителями тока в металлах и полупроводниках являются реальные электроны, а не формально введенные дырки. Никаких дырок, как реально существующих положительно заряженных частиц, в действительности нет. Однако представление о дырках оказалось весьма плодотворным по следующим соображениям. Классическими законами для движения электронов можно пользоваться в тех случаях, когда концентрация этих частиц в соответствующей энергетической зоне мала. Этому условию удовлетворяют электроны в зоне проводимости полупроводника. Но в валентной зоне мы имеем дело с противоположным случаем. Там почти все состояния заполнены электронами, зато мала концентрация дырок. Здесь классические уравнения к движению электронов неприменимы. Электроны надо рассматривать квантовомеханически. Такое рассмотрение, благодаря малой концентрации дырок, приводит к поразительно простому результату. Оказывается, что в электрическом поле дырки движутся так, как двигались бы при классическом, рассмотрении положительно заряженные частицы, обладающие определенной массой. Столь простой результат и оправдывает представление о дырках. Заметим в связи с этим, что благодаря малости концентрации к электронам в зоне проводимости и к дыркам в валентной зоне применима классическая статистика Больцмана.
6. Электропроводность полупроводников, как электронная, так и дырочная, о которой говорилось выше, не связана с наличием примесей в полупроводнике. Поэтому ее называют собственной электропроводностью в отличие от примесной электропроводности, обусловленной наличием примесей атомов других химических элементов. Уже ничтожные количества примесей чрезвычайно сильно увеличивают электропроводность полупроводников. Так, добавление к чистому кристаллу кремния фосфора в количестве всего 0,001 атомного процента увеличивает электропроводность этого кристалла более чем в сто тысяч раз. В металлах, как мы видели, наблюдается обратное: примеси всегда уменьшают электропроводность металлов.
Такое поведение полупроводников объясняется тем, что при наличии примесей появляются добавочные энергетические уровни, располагающиеся в запрещенной зоне полупроводника. На схематическом рис. 242, а изображены энергетические зоны чистого полупроводника. Допустим, что добавочные уровни в запрещенной зоне появились вблизи нижнего края зоны проводимости (рис. 242, б). С этих уровней электроны будут переходить в зону проводимости. Если интервал энергии Ае1( отделяющий добавочные уровни от зоны проводимости, мал по сравнению с шириной запрещенной зоны Ае, то количество электронов в зоне проводимости, а с ним и электропроводность полупроводника могут увеличиться на несколько порядков. Примеси такого типа, поставляющие электроны в зону проводимости, называются донорами или донорньши приме-
458
ТОКИ В МЕТАЛЛАХ, ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ВАКУУМЕ [ГЛ. VII
сями. Добавочные энергетические уровни, которые они создают в запрещенной зоне, называются также донорными уровнями.
Примером донорной примеси могут служить атомы мышьяка, вводимые в кристаллическую решетку кремния. Кремний — четырех-, а мышьяк — пятивалентный. Это значит, что наружная оболочка атома кремния содержит четыре, а атома мышьяка — пять электронов. Пятый электрон может отщепиться от атома мышьяка в результате теплового движения. Получившийся положительный ион мышьяка может вытеснить из решетки один из атомов кремния и встать на его место. В результате этого между узлами решетки появится электрон проводимости.
а)
ю
Рис. 242.
V
Допустим теперь, что при введении атомов примеси добавочные уровни в запрещенной зоне появляются вблизи верхнего края валентной зоны (рис. 242, в). Тогда электроны из валентной зоны начнут переходить на эти добавочные уровни. В валентной зоне появятся дырки, а с ними и электропроводность полупроводника, но уже не электронная, а дырочная. Соответствующие примеси называются акцепторами или акцепторными примесями. Дополнительные уровни, которые они создают в запрещенной зоне, также называются акцепторными уровнями.
Примером акцепторной примеси могут служить атомы бора или какого-либо другого элемента из третьей группы периодической системы. Наружная оболочка атома бора содержит три электрона. Атом бора может захватить недостающий четвертый электрон из какого-либо соседнего места кристалла. В этом месте образуется дырка, а образовавшийся отрицательный ион бора может вытеснить из кристаллической решетки атом кремния и встать на его место. Так в кристалле кремния возникает дырочная проводимость.
Какой проводимостью обладает полупроводник — электронной или дырочной — об этом можно судить по знаку эффекта Холла.
§ 101]
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
459
Полупроводники с донорной примесью называются электронными или полупроводниками п-типа (от английского слова negative — отрицательный), а полупроводники с акцепторной примесью — дырочными или тлупроэодниками p-типа (от английского слова positive — положительный). Могут быть и смешанные полупроводники, в которых носителями тока являются как электроны, так и дырки. Носители, которым принадлежит больший вклад в вели-чину тока, называются основными, а прочие — неосновными.
Предыдущая << 1 .. 183 184 185 186 187 188 < 189 > 190 191 192 193 194 195 .. 280 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed